NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ VĂN TUẤN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ VĂN TUẤN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA Ngành Công nghệ thông tin: Mã số:1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM VĂN ẤT Hà Nội - 2007 LỜI CẢM ƠN Trong trình hoàn thành luận văn có nhiều thầy giáo, bạn bè người thân nhiệt tình hỗ trợ kiến thức tinh thần để hoàn thành luận văn Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Ất Thầy cung cấp cho kiến thức, phương pháp nghiên cứu vấn đề mang tính khoa học Thầy thường xuyên đưa giúp phát nhiều ý tưởng Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hỗ trợ chân thành nhiệt tình suốt thời gian làm luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo đọc góp ý cho nội dung luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn người bạn, người thân giúp đỡ, chia sẻ với suốt trình làm luận văn PHẦN MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề Ngày nay, kiện trọng đại thập niên cuối kỷ 20, đầu kỷ 21 đời phát triển mạng internet Thông tin trở thành sẵn sàng trực tuyến, người kết nối vào internet để tìm kiếm thông tin cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ internet Người dùng đọc thông tin nhất, tra cứu thư viện số, tìm thông tin lĩnh vực quan tâm Bên cạnh nhà cung cấp sản phẩm sẵn sàng cung cấp liệu cho người dùng thông qua mạng Tuy nhiên, việc phân phối cách phổ biến tài nguyên mạng gặp phải vấn nạn chép sử dụng không hợp pháp Nhu cầu dẫn đến đời phát triển lĩnh vực khoa học nằm biên giới toán học tin học Một mục tiêu nghiên cứu an toàn liệu bảo mật thông tin xây dựng quy trình giải pháp bảo vệ tài liệu, ngăn chặn hoạt động không hợp pháp Vấn đề an toàn bảo mật thông tin nhận quan tâm đăck biệt nhiều lĩnh vực Các công nghệ giải pháp để bảo vệ thông tin nghiên cứu, phát triển phù hợp với dạng lưu trữ thông tin phương thức truyền tải thông tin Giải pháp bảo mật thông tin sử dụng phổ biến dùng hệ mật mã như: Hệ mã hoá công khai, Hệ mã hoá bí mật Với giải pháp này, thông tin ban đầu (bản rõ) mã hoá thành mật mã (bản mật) Chính điều làm cho đối phương nghi ngờ tìm cách thám mã Ngược lại, đem thông tin giấu vào môi trường khác, ảnh F chẳng hạn, ta thu ảnh F’ không sai khác với F nhìn mắt thường Sau F’ gửi tới người nhận Để lấy thông tin từ F’, người nhận cần đối sánh với gốc Đây ý tưởng phương pháp giấu tin (data hiding) môi trường ảnh Nếu thông tin bảo mật theo quy trình hai ba bước, chẳng hạn: mã hoá, nén giấu vào trường ảnh âm cấp độ bảo mật cao 2 Mục đích luận văn Giấu liệu lĩnh vực rộng lớn, luận văn đề cập đến việc nghiên cứu kỹ thuật giấu liệu ảnh, âm hai kiểu liệu dùng rộng rãi Nội dung luận văn tập trung vào việc nghiên cứu cải tiến số kỹ thuật giấu liệu ảnh công bố, sau phát triển, mở rộng kỹ thuật giấu liệu ảnh nhị phân vào môi trường ảnh màu, âm xây dựng thư viện cung cấp cho người dụng sử dụng vào thực tế Những đóng góp luận văn - Luận văn cung cấp cho người dùng cách nhìn tổng quát đầy đủ hệ thống giấu tin Từ đó, người dùng chọn cách thức, môi trường phù hợp cho toán cụ thể - Luận văn trình bày phương pháp chứng minh tính đắn thuật toán CPT, với cách chứng minh giúp trình nghiên cứu thuật toán trở nên dễ dàng - Đề xuất hai thuật toán giấu tin ảnh màu liệu âm Hai thuật toán cải tiến từ hai tư tưởng giấu tin Wu-Lee ba tác giả Chen – Pan – Tseng Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Khái niệm giấu tin Giấu tin kỹ thuật giấu lượng thông tin số vào đối tượng liệu khác Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: bảo mật cho liệu đem giấu, hai bảo vệ cho đối tượng giấu tin Hai mục đích khác dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu giấu tin Hướng thứ giấu tin mật, nhằm tập trung vào kỹ thuật giấu tin cho người khác khó phát đối tượng có chứa thông tin mật bên Hướng thứ hai thuỷ vân số, hướng thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn nên quan tâm nghiên cứu nhiều thực tế có nhiều kỹ thuật đề xuất 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng chính, thuỷ vân số giấu tin mật Kỹ thuật giấu tin mật trọng đến tính che giấu, với tính che giấu, đối thủ khó phát đối tượng có chứa tin mật bên hay không; nữa, phát có giấu tin việc giải mã thông tin mật khó thực Đồng thời, kỹ thuật giấu tin mật quan tâm lượng tin giấu Phạm vi ứng dụng thuỷ vân đa dạng hơn, tuỳ theo mục đích hệ thuỷ vân mà người ta lại chia thành hướng nhỏ như: thuỷ vân dễ vỡ thuỷ vân bền vững Thuỷ vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao thông tin giấu trước biến đổi thông thường liệu môi trường Thuỷ vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu bị sai lệch có thay đổi liệu chứa Như vây, kỹ thuật giấu tin phân loại hình 1.1 Giấu thông tin Giấu tin mật Thuỷ vân số Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân Thuỷ vân dễ vỡ Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân Hình 1.1 Phân loại kỹ thuật giâu tin 1.1.3 Mô hình kỹ thuật giấu tin Mô hình kỹ thuật giấu tin mô tả Hình 1.2 1.3 Trong đó, Hình 1.2 biểu diễn trình giấu tin Phương tiện chứa bao gồm đối tượng dùng làm môi trường để giấu tin tệp Multimedia Thông tin cần giấu lượng thông tin mang ý nghĩa tuỳ thuộc vào mục đích người sử dụng Thông tin giấu vào môi trường chứa nhờ nhúng Bộ nhúng chương trình, thuật toán để giấu tin thực với khoá bí mật giống hệ mật mã cổ điển Sau giấu tin ta thu môi trường giấu tin phân phối phương tiện truyền thông khác Thông tin cần giấu Dữ liệu môi trường (audio, video, ảnh ) Bộ nhúng thông tin Dữ liệu môi trường giấu tin Khoá Hình 1.2 Lược đồ trình giấu tin Hình 1.3 công việc trình giải mã thông tin giấu Quá trình giải mã thực thông qua giải mã tương ứng với nhúng thông tin kết hợp với khoá để giải mã thông tin Khoá để giải mã thông tin giống khác với khoá để nhúng thông tin Kết thu gồm môi trường gốc thông tin giấu Tuỳ trường hợp, thông tin tách cần xử lí, kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu Thông qua liệu mật tác từ môi trường chứa tin giấu, người ta biết tình phát tán liệu có bị công hay không Với hệ thống giấu tin mật, tính an toàn liệu cần giấu quan tâm đặc biệt Một hệ thống xem có độ bảo mật cao độ phức tạp thuật toán thám mã khó thực máy tính Tuy nhiên, có số hệ thống lại quan tâm đến số lượng thông tin giấu, quan tâm đến ảnh hưởng thông tin mật đến môi trường chứa liêu Khoá Dữ liệu môi trường giấu tin Bộ giải mã tin Dữ liệu môi trường (audio, video, ảnh ) Thông tin giấu Kiểm định Hình 1.3 Lược đồ giải mã tin giấu 1.1.4 Các ứng dụng kỹ thuật giấu tin Giấu tin mật: Thông tin giấu trường hợp cần bảo mật trước đối thủ Việc giải mã để nhận thông tin không cần liệu môi trường gốc Đối với thuật toán giấu tin mật không trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trước công đối thủ mà thay vào thuật toán quan tâm đến tính ẩn tính an toàn liệu cần giấu Do đó, thuật toán giấu tin có độ bảo mật cao sử dụng ứng dụng giấu tin mật Bảo vệ quyền tác giả: Đây ứng dụng kỹ thuật thuỷ vân số Một thông tin mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi thuỷ vân, thông tin nhúng vào sản phẩm multimedia, minh chứng cho quyền tác giả nhằm bảo vệ sản phầm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân mà không phép người chủ sở hữu cách phá huỷ sản phẩm Xác thực thông tin: Một tập thông tin giấu liệu nguồn thông tin sử dụng để nhận biết xem liệu nguồn có bị thay đổi hay không Với kiểu ứng dụng thuỷ vân nên ẩn để tránh tò mò đối phương, việc làm giả thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cần xem xét Trong ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm vị trí bị xuyên tạc phân biệt thay đổi Yêu cầu chung ứng dụng khả giấu thông tin cao thuỷ vân không cần bền vững Giấu vân tay hay dán nhãn: Thuỷ vân số ứng dụng sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận thông tin Ví dụ vân khác nhúng vào khác thông tin gốc trước chuyển cho nhiều người Với ứng dụng yêu câu đảm bảo độ an toàn cao cho thuỷ vân tránh xoá giấu vết phân phối Kiểm soát chép: Các thuỷ vân trường hợp sử dụng để kiểm soát việc chép thông tin Các thiết bị phát thuỷ vân thường gắn sẵn vào hệ thống đọc/ghi Ví dụ hệ thống quản lí chép DVD sử dụng Nhật Các ứng dụng loại yêu cầu thuỷ vân phải đảm bảo an toàn sử dụng phương pháp phát thuỷ vân giấu mà không cần thông tin gốc 1.2.Giấu tin liệu đa phƣơng tiện 1.2.1 Giấu tin ảnh Ngày nay, giấu thông tin ảnh chiếm tỷ lệ lớn chương trình ứng dụng, phần mềm, hệ thống giấu tin liệu đa TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Văn Ất (1995), Kỹ thuật lập trình C, sở nâng cao, Nhà xuất bàne Khoa học Kỹ thuật [2] Vũ Bá Đình, Nguyễn Xuân Huy, Đào Thanh Tĩnh (2002), Đánh giá khả giấu liệu đồ số, tạp chí Tin học Điều khiển học, số 4, 347-353 [3] Nguyễn Xuân Huy, Bùi Thị Thuý Hằng (2001), Một số cải tiến kĩ thuật giấu liệu ảnh [4] Phạm Văn Ất, Nguyễn Hữu Cường, Đỗ Văn Tuấn, Giấu tin ảnh nhị phân ứng dụng, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 19 tháng năm 2007 Tiếng Anh [ 5] M Wu, J Lee A novel data embedding method for two-color fascimile images In Proceedings of international symposium on multimedia information processing Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 1998 [ 6] Y Chen, H Pan, Y Tseng A secure data hiding scheme for two-color images In IEEE symposium on computers and communications, 2000 [7] Anil.K.Jain (1986), Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice - Hall [8] R.Anderson (1996), Proceedings of the First International Information Hading Workshop, Cambridge, UK, May/June, 1996, vol 1174 of Lecture Notes in Cumputer Science, Berlin Springer-Verlag [9] http://WWW.iipa.com [10] www.watermarkingworld.org